I. Tổng Quan Về Vải Polyester Kháng Khuẩn Biến Tính Bí Quyết
Vào đầu thế kỷ 20, sự ra đời của kháng sinh đánh dấu bước ngoặt lớn trong công nghệ sinh học. Các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn gây ra đã được điều trị hiệu quả. Tuy nhiên, ô nhiễm môi trường gia tăng do hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người đã dẫn đến sự xuất hiện của nhiều chủng vi khuẩn kháng kháng sinh, gây ra các bệnh truyền nhiễm ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng. Đại dịch COVID-19 hiện nay càng làm nổi bật sự cần thiết của các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Khẩu trang kháng khuẩn, sử dụng các loại vải như coton, polypropylene, polyester, đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự lây lan của virus. Tuy nhiên, hiệu quả của các loại vải này còn hạn chế, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tiền xử lý, biến tính bề mặt vải bằng vật liệu kháng khuẩn thay thế kháng sinh, ngăn ngừa lây lan của virus. Công nghệ vật liệu composite trên cơ sở graphene oxit ngày càng thu hút sự quan tâm vì tính năng ưu việt và khả năng ứng dụng đa dạng, đặc biệt trong chế tạo vật liệu kháng khuẩn.
1.1. Tầm quan trọng của vải kháng khuẩn trong bối cảnh đại dịch
Đại dịch COVID-19 nhấn mạnh vai trò của các biện pháp phòng ngừa lây nhiễm, trong đó có việc sử dụng khẩu trang kháng khuẩn. Vải polyester được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và độ bền cao. Tuy nhiên, cần cải thiện khả năng kháng khuẩn của vải để tăng hiệu quả phòng bệnh, đặc biệt là trước các biến chủng virus mới. Theo một báo cáo của WHO, việc sử dụng khẩu trang đúng cách có thể giảm đáng kể nguy cơ lây nhiễm các bệnh đường hô hấp.
1.2. Tổng quan về vật liệu nano trong công nghệ kháng khuẩn
Vật liệu nano như nano bạc và graphene oxit đang được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng kháng khuẩn vượt trội. Nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn bằng cách phá vỡ cấu trúc tế bào, trong khi graphene oxit có thể ngăn chặn sự bám dính của vi khuẩn lên bề mặt vải. Việc kết hợp các vật liệu nano này có thể tạo ra vải kháng khuẩn hiệu quả cao, đáp ứng nhu cầu phòng bệnh hiện nay.
II. Thách Thức Vấn Đề Kháng Kháng Sinh và Nhu Cầu Vải Kháng Khuẩn
Việc sử dụng kháng sinh rộng rãi trong hơn 70 năm qua đã dẫn đến tình trạng kháng kháng sinh, đe dọa sức khỏe cộng đồng. Theo thống kê của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ, hàng năm có hàng triệu ca nhiễm trùng do mầm bệnh kháng kháng sinh gây ra, dẫn đến hàng chục nghìn ca tử vong. Sự lây lan nhanh chóng của các bệnh truyền nhiễm kháng thuốc đặt ra thách thức lớn cho ngành y tế toàn cầu. Nếu xu hướng này tiếp tục, đến năm 2050, dự kiến sẽ có 10 triệu người chết mỗi năm vì các bệnh nhiễm khuẩn kháng thuốc [1]. Điều này thúc đẩy nhu cầu cấp thiết về các giải pháp thay thế kháng sinh, trong đó có việc phát triển vải polyester kháng khuẩn với khả năng tiêu diệt vi khuẩn và ngăn ngừa lây lan bệnh tật.
2.1. Tình trạng kháng kháng sinh và hậu quả nghiêm trọng
Việc lạm dụng kháng sinh đã tạo điều kiện cho sự phát triển của các chủng vi khuẩn kháng thuốc. Các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn kháng kháng sinh gây ra thường khó điều trị hơn, kéo dài thời gian nằm viện và tăng nguy cơ tử vong. Theo một nghiên cứu đăng trên tạp chí The Lancet, tình trạng kháng kháng sinh đang trở thành một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sức khỏe cộng đồng toàn cầu.
2.2. Vai trò của vải kháng khuẩn trong kiểm soát lây nhiễm
Vải kháng khuẩn có thể đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lây nhiễm bằng cách ngăn chặn sự phát triển và lây lan của vi khuẩn. Vải kháng khuẩn được sử dụng rộng rãi trong các bệnh viện, phòng khám và các cơ sở chăm sóc sức khỏe khác để giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm bệnh cho bệnh nhân và nhân viên y tế. Ngoài ra, vải kháng khuẩn cũng có thể được sử dụng trong sản xuất quần áo, đồ gia dụng và các sản phẩm tiêu dùng khác để bảo vệ người tiêu dùng khỏi các bệnh nhiễm trùng.
III. Cách Chế Tạo Vải Polyester Kháng Khuẩn Nanocellulose Nano Bạc
Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu và chế tạo vải polyester kháng khuẩn bằng cách biến tính bề mặt bằng nanocellulose và nano bạc trên cơ sở graphene oxit. Nano bạc được biết đến với khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, trong khi graphene oxit có tác dụng tăng cường độ bền và khả năng bám dính của nano bạc lên bề mặt vải. Vải polyester được sử dụng làm chất nền do giá thành rẻ và độ bền cao. Tuy nhiên, do đặc tính kỵ nước, nanocellulose được sử dụng để tiền xử lý bề mặt vải, tăng cường khả năng bám dính của vật liệu nano và cải thiện khả năng kháng khuẩn của vải.
3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu Ag GO bằng phương pháp in situ
Vật liệu nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit (Ag/GO) được tổng hợp bằng phương pháp in–situ. Các phép phân tích hiện đại như Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), Raman, kính hiển vi điện tử quét (SEM), tán sắc năng lượng tia X (EDS) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được sử dụng để xác định đặc trưng của Ag/GO. Theo nghiên cứu, phương pháp in-situ giúp phân tán đều nano bạc trên bề mặt graphene oxit, từ đó tăng cường khả năng kháng khuẩn.
3.2. Ứng dụng nanocellulose tăng cường khả năng bám dính
Nanocellulose (NCs) được tổng hợp từ bã mía bằng phương pháp thủy phân axit dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm. NCs kết hợp với chất hoạt động bề mặt cetyltrimethylamonium bromide (NCC) ứng dụng tạo lớp phủ trên vải polyester (PE). Việc tiền xử lý PE với NCC giúp tăng cường độ bám dính của Ag/GO lên bề mặt vải. Đặc trưng của NCC được phân tích thông qua phép phân tích như: Giản đồ XRD, phổ FTIR và ảnh SEM.
IV. Biến Tính Bề Mặt Vải Polyester Giải Pháp Tối Ưu Kháng Khuẩn
Sau khi phủ Ag/GO lên vải polyester, bề mặt vải tiếp tục được biến tính bằng phương pháp khử hóa học với tác nhân khử là vitamin C (VC) để tạo lớp phủ kỵ nước nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit dạng khử (Ag/rGO/vải NCC–PE). Điều kiện biến tính được khảo sát bao gồm: Nhiệt độ, tỷ lệ Ag/GO:VC và thời gian phản ứng. Khả năng kháng khuẩn của Ag/rGO/vải NCC–PE cũng được thử nghiệm trên hai chủng vi khuẩn E. Đặc trưng của Ag/rGO/vải NCC–PE được phân tích thông qua phổ EDS, ảnh SEM, góc thấm ướt và phổ FTIR.
4.1. Tối ưu điều kiện biến tính bề mặt vải bằng Vitamin C
Việc sử dụng Vitamin C làm tác nhân khử giúp tạo ra lớp phủ kỵ nước trên bề mặt vải, hạn chế vi khuẩn bám dính. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ Ag/GO:VC và thời gian phản ứng đến khả năng kháng khuẩn của vải. Kết quả cho thấy, việc tối ưu các điều kiện này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả kháng khuẩn của vải polyester biến tính.
4.2. Phân tích đặc tính vải Ag rGO vải NCC PE sau biến tính
Các phương pháp phân tích như EDS, SEM, đo góc thấm ướt và FTIR được sử dụng để đánh giá đặc trưng của vải Ag/rGO/vải NCC–PE sau khi biến tính. Kết quả cho thấy, quá trình biến tính đã tạo ra lớp phủ kỵ nước với khả năng kháng khuẩn cao. Đồng thời, độ bền của vải cũng được cải thiện đáng kể sau quá trình này.
4.3. Đánh giá độ bền và khả năng kháng khuẩn sau thử nghiệm
Độ bền của Ag/GO/vải NCC–PE và Ag/rGO/vải NCC–PE được khảo sát thông qua độ giải phóng ion Ag+, độ bền nhiệt, hóa học và cơ học. Ngoài ra, ảnh hưởng của chất tẩy rửa, môi trường mồ hôi axit, kiềm đến khả năng kháng khuẩn cũng được thử nghiệm. Kết quả cho thấy, vải polyester biến tính có độ bền cao và khả năng kháng khuẩn ổn định sau nhiều lần giặt và sử dụng trong các điều kiện khác nhau.
V. Ứng Dụng Thực Tế Vải Polyester Kháng Khuẩn Trong Y Tế Thể Thao
Vải polyester kháng khuẩn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y tế và thể thao. Trong lĩnh vực y tế, vải được sử dụng để sản xuất khẩu trang, quần áo bảo hộ, ga trải giường, v.v., giúp giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm bệnh cho bệnh nhân và nhân viên y tế. Trong lĩnh vực thể thao, vải được sử dụng để sản xuất quần áo tập luyện, đồ bơi, v.v., giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gây mùi và bảo vệ da khỏi các bệnh nhiễm trùng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển vật liệu dệt thông minh với khả năng kháng khuẩn vượt trội, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
5.1. Vải polyester kháng khuẩn trong sản xuất khẩu trang y tế
Vải polyester kháng khuẩn được ứng dụng trong sản xuất khẩu trang y tế, giúp ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn và virus. Khẩu trang làm từ vải polyester biến tính có khả năng lọc bụi mịn, kháng khuẩn và thoáng khí, mang lại sự thoải mái và an toàn cho người sử dụng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của khẩu trang vải polyester kháng khuẩn trong việc giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm các bệnh đường hô hấp.
5.2. Ứng dụng trong quần áo thể thao Kháng khuẩn và khử mùi
Vải polyester kháng khuẩn được sử dụng trong sản xuất quần áo thể thao, giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gây mùi và bảo vệ da khỏi các bệnh nhiễm trùng. Quần áo thể thao làm từ vải polyester biến tính có khả năng thấm hút mồ hôi tốt, nhanh khô và thoáng khí, mang lại cảm giác thoải mái và tự tin cho người tập luyện. Ngoài ra, khả năng kháng khuẩn của vải còn giúp ngăn ngừa các bệnh ngoài da thường gặp khi tập thể thao.
VI. Tương Lai Vải Polyester Kháng Khuẩn Hướng Phát Triển Vật Liệu Dệt
Nghiên cứu về vải polyester kháng khuẩn biến tính bề mặt bằng nanocellulose và nano bạc/graphene oxit mở ra hướng phát triển tiềm năng cho ngành công nghiệp dệt may. Việc ứng dụng công nghệ nano và vật liệu thân thiện với môi trường không chỉ cải thiện tính năng của vải mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Trong tương lai, vải polyester kháng khuẩn sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về vật liệu dệt thông minh và vải chức năng.
6.1. Xu hướng phát triển vật liệu nano kháng khuẩn thân thiện môi trường
Xu hướng phát triển hiện nay tập trung vào việc sử dụng các vật liệu nano kháng khuẩn thân thiện với môi trường, có khả năng phân hủy sinh học và không gây hại cho sức khỏe con người. Việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu này sẽ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của ngành dệt may đến môi trường và tạo ra các sản phẩm vải polyester kháng khuẩn bền vững.
6.2. Tiềm năng ứng dụng vải polyester kháng khuẩn trong nhiều lĩnh vực
Vải polyester kháng khuẩn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y tế, thể thao đến đồ gia dụng, quần áo bảo hộ lao động và thậm chí là trong ngành nông nghiệp. Việc phát triển các ứng dụng mới của vải polyester biến tính sẽ mang lại nhiều lợi ích cho xã hội và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp dệt may.
